风力发电向“大”时代迈进,大兆瓦和超长叶片逐渐成主流
日期:2023/6/20 13:45:21

01 我国的风能资源,超过135亿千瓦

从资源量上看,最新评估结果显示,我国陆上140米高度风能资源技术可开发量超过100亿千瓦,海上风能资源技术可开发潜力超过35亿千瓦,目前的陆上风电和海上风电的实际累计装机容量分别为3.35亿千瓦和3046万千瓦,利用率不足3.4%和0.9%,未来开发潜力巨大。

海上风电有望迎来跨越式发展

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海上风电的风力资源更好,与陆上建设风电场相比,海上风能资源丰富、储量大,可集中连片大规模开发。海风资源禀赋好,风速大、功率密度高。更重要的是,我国上海、浙江、山东、江苏、广东等核心用电区域,都属于沿海地区,海上风电资源到达沿海等高能源需求地区的距离短、成本低,适合大规模开发。2022年海上风电招标量高达1790万千瓦,创历史新高,这为2023年海上风电装机量的高增长奠定基础。

在产业链方面,我国建立起一条涵盖风电开发建设到配套服务的成熟产业链,已是全球最大的风电装备制造基地,生产的风电机组以及包括国际品牌在华的产量,占到全球市场的三分之二以上,铸锻件及关键零部件的产量也占到全球市场的70%以上。

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02 风电发电成本

风电不仅清洁,也便宜。目前,风电已经进入了全面平价的时代,在很多风能资源丰富的地方,风电度电成本已经低于当地煤电成本。

就成本而言,2010-2021年我国陆上风电度电成本下降了66%。到2025年,“三北”一二类风能资源区的度电成本预计会降至0.1~0.15元/千瓦时,中东南部三四类风能资源区的度电成本有望降到0.2元/千瓦时,海上风电项目的平均度电成本已降至0.33元/千瓦时左右。

目前,海上风力发电的成本仍然高于陆上风力发电和其他传统能源。目前,海上风力发电还存在着设备运维困难、并网稳定性差、深远海开发难度大等技术问题。为了解决这些问题,需要加强研发投入,推动大型化、智能化、漂浮式等新型海上风机的开发和应用。

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03 风电发电量

根据Wind Europe的研究,目前风电满足欧盟国家平均约14%的电力需求, 在部分国家该占比更高,如丹麦为48%、爱尔兰为33%、葡萄牙为27%、德国为 26%、西班牙21%。国际能源机构预测到2027年风电将成为欧洲第一大的电力来源。欧盟委员会认为到2050年风电可以满足欧洲50%以上的电力需求。

风电早已成为我国第三大电力来源

我国风电产业经过30多年的发展,目前已经成为风电装机第一大国,风电发电量已达7627亿千瓦时,占全部发电量的8.62%,是继火电、水电之后的第三大电力来源。

04 风电装机量

根据GWEC统计数据,2021年全球风电市场新增装机容量93.6吉瓦,累计装机容量837吉瓦,同比增长12.4%。其中,陆上新增装机容量72.5吉瓦,海上新增装机容量21吉瓦。

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我国是风电装机容量第一大国,连续11年全球第一

我国风电产业经过30多年的发展,目前已经成为风电装机第一大国,自2010年开始,我国风电每年的新增装机容量已经连续11年保持全球第一。2021年,中国新增装机容量4757万千瓦,占全球的51%;累计装机容量3.38亿千瓦,占全球的40.4%。

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2021年和2022年,我国风电新增并网装机容量出现回落但仍保持在较高水平,分别新增4757万千瓦和3763万千瓦。到2022年末,我国风电累计装机容量达3.65亿千瓦,同比增长11.28%。

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北京国际风能大会发布《风能背景宣言》提出,为达到与碳中和实现起步衔接的目的,2025年后,中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦,到2030 年累计装机要至少达到8亿千瓦,到2060年至少达到30亿千瓦。

据欧美国家的研究,风电光伏的装机容量需要达到最大负荷的3至8倍,才能既满足每时每刻的电力需求,又实现80%以上的电量来自可再生能源,实现电力系统脱碳的目标。

05 大兆瓦风机、超长叶片渐成主流,风电行业迈入大型化时代

随着风电机组技术的提升,风电单机容量大型化成为发展趋势

近十年来,我国风电机组单机容量増势明显,2021年,我国新增装机的平均单机容量为3.5MW,同比增长31.7%。从全球市场来看,目前陆上风电机组单机容量已经迈入4MW、5MW时代,海上风电机组由于面临更加复杂的运行环境,大兆瓦机型发展趋势更加突出。

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海上风电机组迈入双位数时代,11MW级风电机组已批量化应用,16MW至18MW级风电机组相继下线,向风电“大”时代迈进

2022年,国家电投在揭阳神泉的全球商用最大单机容量11MW风电机组实现并网发电,总装机502MW容量,安装16台8MW、34台11MW风机,年可发电量17.43亿千瓦时。

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2022年,16MW海上风电机组在福建三峡海上风电产业园下线。其发电机、叶片、数字化控制系统等主要部件完全实现国产化,基本解决了关键部件国外垄断“卡脖子”问题。

叶轮直径252米,叶轮扫风面积约5万平方米,约相当于7个标准足球场大,轮毂高度达146米,约相当于一座50层大楼的高度。在额定工况下,单台机组每转动一圈可发电34.2千瓦时。根据多年平均发电量设计值,单台机组每年可输出超过6600万千瓦时的清洁电能,能够满足3.6万户三口之家一年的生活用电。

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今年,中国船舶集团自主研制的H260-18MW海上风电机组在山东省东营经济开发区海上风电产业园研制成功,单机功率最大、风轮直径最大的全球纪录,再次被刷新。

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目前H260-18MW机组整机国产化率以达到80%以上,叶片、齿轮箱、发电机等核心部件均由中国船舶集团内企业设计生产,国产化率高于99%,引领了国内技术和产业的发展,推动我国海上清洁能源装备做大做强。叶轮扫风面积约5.3万平方米,相当于7个标准足球场的面积。在满发风速下,每转动一圈可发44.8度电,单台机组每年可输出超过7400万度清洁电能,可满足4万户三口之家一年的用电量。

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风电叶片也朝着大型化趋势增大

随着风电单机容量的增长,风电叶片风轮直径也在不断增大。根据CWEA的统计数据,2021年,我国新增风电机组平均风轮直径为151米,同比增长了15米。150米及以上风轮直径的机组占比从2020年的12%增长至2021年的66.1%。截至2021年底,海上风电机组风轮直径最大已经达到186米,陆上风电机组风轮直径最大为175米。2022年开始,我国海上风电进入230米风轮时代。

H260-18MW海上风电机组为例,其具有全球最大风轮直径260米,对于风电场建设而言,在相同条件下发电效益更高的同时,更大功率提升发电量的同时,可以有效节约用海面积、降低机位点数量,进而降低海上风电场降低工程减少成本,为海上风电走向深远海打下坚实基础。以100万千瓦项目为例,安装16MW机组,机位点数量63个;安装18MW机组,机位点数量可减少约13%,降低基础造价达上亿元,经济性十分可观

 

06 既要大规模开发,也要高水平消纳

在我国“三北”地区,消纳问题一直是困扰新能源发展的主要阻碍,目前的送出通道建设并不能完全跟上大型风光基地的开发步伐。受投资额巨大、送受端及通道跨越地区三方利益协调困难、用地审批等多重因素影响,特高压交直流送出工程严重滞后于风光电站项目建设,已建成通道的输电能力也未得到充分发挥,而依靠特高压外送难以在短期内解决风电消纳问题。在这种情况下,更可行的解决途径是积极拓展本地消费渠道,创新消费方式。

“Power to X”提高新能源利用水平

“Power to X”,即通过以电转氢为核心的系统,将可再生能源发电转化为氢,再与后续化工流程相结合,生成绿色大宗化工产品,如绿氨、绿色甲烷、绿色甲醇、绿色合成燃料等。在新能源提速发展的大背景下,“Power to X”将是拓宽新能源应用场景、提高新能源利用水平的重要路径。


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